浅谈独立学院食品冷冻冷藏课程传热计算内容的教学

虞效益 李威 徐美娟

摘要：因材施教是专业教学的基本原则。对于食品冷冻冷藏课程中传热计算内容的教学，本文结合独立学院学生的特点，提出了围绕公式计算、数值模拟和动手实验的“三位一体”教学模式，以充分调动学生的学习积极性，提高教学质量。

关键词：独立学院;食品冷冻冷藏;传热;三位一体教学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）42-0158-02

食品冷冻冷藏是以食品生物化学、食品物理化学、食品物性学、工程热力学、传热传质学等学科为基础，应用食品化学理论和人工制冷技术对新鲜食品原料进行冷冻加工、低温储藏和冷链流通，最大限度地保持食品品质和风味的交叉学科。冷却是食品冷冻冷藏的必要前处理步骤，食品冷却过程中的传热计算是食品冷冻冷藏课程的一项重要教学内容，一般包括食品冷却过程的温度分布计算和食品冷却时间计算两部分内容[1]。对于这些内容，传统的教学方式依然停留在比较枯燥的方程、公式，学生得不到一个直观的印象，缺乏物理背景，缺乏动态结果，只能在头脑中想象数理方程是如何控制实际物理现象的演变的。这导致只有一小部分学生能够对课程产生兴趣，大部分人的精力被浪费掉。并且，在通常的食品冷冻冷藏教材中，也只介绍一些特殊情形下（如毕渥数Bi<0.1，食品为大平板、长圆柱和球等特殊形状）食品冷却过程的计算公式或方法[1，2]，缺乏一定的普适性。

独立学院是高等教育由精英教育向大众化教育转变时期的新生事物，相比于母体高校学生，独立学院的学生：（1）不再纯粹来自青年群体中的精英层次，知识的系统性较差，偏科现象比较严重，学习习惯和学习方法不好，学习效率不高[3，4]。（2）部分学生对所学专业毫无兴趣，或只将高等教育视为将来就业的跳板，目标不明确，缺失源动力;或在学习上缺乏自信，对自己追求的目标所需付出的努力与艰辛缺乏持续性，出现问题后表现得手足无措或抽身而退，得过且过[4]。（3）家庭条件普遍较好，个性突出，具有较强的自我意识，在社会适应能力、表现力、交往能力上的优势突出，思维敏捷，动手能力强[3]。因材施教是专业教学的基本原则。鉴于独立学院学生的特点，课程教学必须走出学术性、研究型的精英教育模式，加强针对性、适用性和实用性。

数值模拟是一项依靠电子计算机，结合有限元或有限容积的概念，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究目的的技术。对于食品冷却这样一个传热学问题，目前已有不少专业软件可以对其进行数值模拟，比如COMSOL Multiphysics，即使没有任何数学建模或数值计算基础也很容易入门，学生只需掌握软件的一些简单操作就可以对一些简单的传热问题进行数值模拟和计算，完全可以满足本科教学的需求。比如对于如下这样一个食品冷却问题：

用0℃的空气冷却20cm×10cm×1cm的猪排，其初始温度为25℃，密度为1050 kg/m3，热导率为0.505 W/（m·K），比热容为3.4724 kJ/（kg·K），含水率为76%，空气表面自然对流传热系数为10 W/（m2·K），求1 h后猪排的温度。

传统教科书里给出的求解方法是，先计算出毕渥数Bi，若Bi<0.1，则求解变得很容易，可以直接采用集总参数法，列出公式，带入相应参数值进行计算即可，误差不大;否则，就要根据被冷却食品的具体形状，得到对应的解析解，再带入参数值计算[1，2]。一般所需的公式教科书中都会给出，虽然也很方便，但是公式太过抽象，学生解题太过机械，所得结果太过单一。如果采用专业的数值模拟软件，如COMSOL Multiphysics，则不仅可以得到该问题的答案，并以图像的形式呈现，还可以附带获得其他很多信息，比如猪排温度的空间分布状况以及随时间的变化关系等等。甚至，还可以制作动画，将猪排的整个冷却过程动态地展现出来，形象生动。数值模拟非常类似于履行一个物理实验，这时学生已跳出了数学方程的圈子来对待物理现象的发生。如果教学条件允许，可以再安排实际的动手实验，让学生亲自设计实验，动手测量冷却过程中猪排的温度变化，零距离感受食品冷却这样一个传热问题。一个问题，三种截然不同的解决方法，从多个角度来对食品冷冻冷藏课程中的传热计算内容进行教学，如图1所示，则可以多方位地刺激学生对传热现象的认识，激发他们的学习兴趣。

当今社会快速发展，教育教学也必须紧跟时代的变化，在坚守优良传统的同时，与时俱进。针对现代学生计算机水平较高、乐于接受新事物的特点，教师在授课过程中适当地引入实用又相对易学的专业软件，不仅可令本科课程教学达到事半功倍的效果，也有益于日后学生的就业以及研究生教育。另一方面，教师在编写教材时，也可以适当介绍本领域的专业软件[5，6，7]，使得教师和学生可以更有依据、更自然地实践这种教学方式。

总之，独立学院以培养应用型人才为目标，课程教学必须顾及经济社会需要和学生实际学习能力，走出学术性、研究型的偏理论知识的精英教育模式，加强针对性和适用性。教师在继承传统教学方式的同时，应当根据学生自身的特点，尝试多元化的教学模式，以充分调动学生的学习积极性，进而提高教学质量。

参考文献：

[1]关志强.食品冷藏与制冷技术[M].郑州大学出版社，2011.

[2]华泽钊，李云飞，刘宝林.食品冷冻冷藏原理与设备[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3]房文娟，何如海.基于独立学院学生特点的教学管理研究[J].安徽农业大学学报：社会科学版，2009，18（2）：92-95.

[4]周德才，邹丽阳.基于独立学院学生特点的教学质量提高途径[J].江苏技术师范学院学报，2006，12（1）：11-14.

[5]陈光明，陈国邦.制冷与低温原理[M].第2版.北京：机械工业出版社，2009.

[6]Ashim Datta，Vineet Rakesh. An introduction to modeling of transport processes：Application to biomedical systems. Cambridge University Press，2010.

[7]Sanford Klein，Gregory Nellis. Thermodynamics. Cambridge University Press，2012.

On the Teaching of Heat Transfer Calculation in the Course of Food Refrigeration in Independent Colleges

YU Xiao-yi，LI Wei，XU Mei-juan

（Ningbo Institute of Technology，Zhejiang University，Ningbo，Zhejiang 315100，China）

Abstract：Teaching students in accordance with their aptitude is the basic principle of education.In view of the characteristics of independent college students，a type of trinity teaching，including formula computing，mathematical modeling and hands-on discovery，was proposed for the teaching of heat transfer calculation in the course of food refrigeration.The aim of implementing this teaching model is to fully mobilize the students learning enthusiasm，and ultimately，to improve the teaching quality.

Key words：Independent college;Food refrigeration;Heat transfer;Trinity teaching